Francisova turbína

Francisova turbína (courtesy Voith-Siemens)

Francisova turbína je typ vodní turbíny, vyvinutý Jamesem B. Francisem v roce 1849. Jedná se o přetlakovou turbínu. Má dvě varianty podle uložení hřídele a to vertikální a horizontální. Francisovy turbíny dnes patří mezi nejpoužívanější. Používají se především pro produkci elektrické energie. Jedná se o turbínu, která využívá spád 1-734 m, ale nejefektivnější je pro spády 100-300 m.[1][2][3]

Historie

V minulosti často používané vodní kolo sloužilo jako pohon pro mlýny nebo hamry. Jeho nevýhodou byla ale nedostatečná účinnost. V 19. století se podařilo jeho účinnost zvýšit natolik, že vodní turbína mohla úspěšně soupeřit s parním strojem.

V roce 1826 Benoit Fourneyron vyvinul vysoce účinnou (80 %) vodní turbínu, kde voda vtékala na oběžné kolo tangenciálně. Jean-Victor Poncelet vyvinul v roce 1820 turbínu na podobném principu. S. B. Howd získal v USA v roce 1838 patent pro další turbínu tohoto typu.

V roce 1848 James B. Francis vylepšil tyto předchozí turbíny a podařilo se mu dosáhnout celkové 90% účinnosti. Pomocí vědeckých postupů a množství pokusů a měření vytvořil maximálně účinnou turbínu. Jeho metody výpočtů a měření navíc značně pozvedly technologii návrhu a stavby turbín. Pomocí jeho analytických metod lze navrhnout maximálně účinnou turbínu, která bude přesně odpovídat požadavkům na konkrétní zařízení.

Princip činnosti

Francisova turbína je přetlaková turbína, což znamená, že pracovní kapalina během své cesty strojem mění tlak a přitom odevzdává svou energii. Oběžné kolo (rotor) turbíny se nachází mezi vysokotlakým přívodem a nízkotlakou savkou většinou v patě přehrady.

Vstupní potrubí má tvar spirály. Voda je pomocí věnce rozváděcího kola (tangenciálně) směřována na oběžné kolo. Lopatky rozváděcího kola jsou někdy konstruovány jako stavitelné, aby se turbína mohla (do určité míry) přizpůsobit různému vodnímu průtoku. Z oběžného kola vystupuje voda ve směru osy otáčení (axiálně).

Jak voda prochází oběžným kolem, její rotační rychlost se zmenšuje a zároveň odevzdává energii oběžnému kolu. Tento efekt (spolu s působením samotného vysokého tlaku vody) přispívá k efektivitě turbíny.

Použití

Francisovy turbíny se používají k výrobě elektrické energie ve vodních elektrárnách, vhodné jsou pro střední stabilní průtoky a střední spády (40-600 m). Výhodné jsou i pro přečerpávací vodní elektrárny, kde lze turbínu v reverzním režimu použít jako čerpadlo. Například vodní elektrárna Dlouhé stráně používá dvě Francisovy turbíny, největší reverzní turbíny v Evropě[4], každou o výkonu 325 MW.

Galerie

Reference

  1. KPORDZE, Charles Seth Kojo. A New Methodology for Selection of Hydraulic Turbines. Moscow, Idaho 83843: Idaho Water and Energy Resources Research Insitute Univesity of Idaho, 1987. 66 s. Kapitola 4, s. 19. (anglicky) 
  2. BREEZE, Paul. Hydropower Turbines [online]. ScienceDirect, 2018 [cit. 2022-01-22]. Dostupné online. (anglicky) 
  3. BORDER, Hydro. Francis - Low Head [online]. Armaside Farm Lorton Cockermouth Cumbria CA13 9TL UK: Border Hydro Ltd., 2012 - 2022 [cit. 2022-01-22]. Dostupné online. (anglicky) 
  4. Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně, web skupiny ČEZ

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Francis Turbine High flow.jpg
Autor: Původně soubor načetl Stahlkocher na projektu Wikipedie v jazyce němčina, Licence: CC-BY-SA-3.0
Guide vanes at full flow setting (cut-away view)
Francis Runner grandcoulee.jpg
Generator Turbine Impeller; Francis Runner, Grand Coulee Dam - Rodete Francis, Presa Grand Coulee
Francis Turbine complete.jpg
Autor: Original uploader was Stahlkocher, Licence: CC-BY-SA-3.0
Francis Turbine with Generator
Francis Turbine Low flow.jpg
Autor: Původně soubor načetl Stahlkocher na projektu Wikipedie v jazyce němčina, Licence: CC-BY-SA-3.0
Guide vanes at minimum flow setting (cut-away view)
Francis Turbine inlet scroll Grand Coulee Dam.jpg
Francis turbine inlet scroll, Grand Coulee Dam
Štvanice-Francisova turbína.jpg
Autor: cs:User:ŠJů, Licence: CC-BY-SA-3.0
Praha, Ostrov Štvanice. Návodní strana ostrova, elektrárna. Stará Francisova turbína.